Découverte des particules élémentaires

Pour expérimenter dans le domaine subatomique, ce sont des appareils plus ou moins coûteux qui sont utilisés : des chambres à bulles ou à brouillard, des accélérateurs de particules, … C’est un peu comme en astronomie, on choisit son instrument en fonction de la particule que l’on souhaite étudier. Le problème est cependant quelque peu différent car toute vraie particule élémentaire n’a pas de dimension (elles sont ponctuelles au sens mathématique du terme), et il est alors illusoire de tenter de les observer directement avec un énorme microscope, aussi évolué soit-il. On est alors obligés de provoquer des collisions entre ces particules, pour voir ce qui en ressort.

On peut ainsi les identifier en étudiant l’allure de la traînée laissée dans les différentes chambres entourant la zone de collision (un peu à la manière dont on identifie la poussière qui entre dans l’atmosphère grâce à la traînée qu’elle laisse derrière elle). Ces particules étant toutes ponctuelles, il n’est pas question de les différencier selon leur taille (on peut dire qu’elles ont toutes la même !). On utilise alors des nombres appelés nombres quantiques comme le spin, l’étrangeté, la charge, la couleur, le nombre baryonique, l’énergie, … L’énergie, voilà quelque chose d’intéressant. L’énergie est en effet synonyme de masse (E=m.c²), et on a donc trouvé un moyen un peu plus parlant de les différencier : la masse des particules calculée d’après l’énergie nécessaire à leur fabrication. C’est aussi cette énergie qui va nous aider dans le choix de l’instrument d’observation : plus la particule est lourde, plus le choc de la collision destinée à la fabriquer devra être important, et donc plus les particules incidentes devront être accélérées (plus l’accélérateur coûtera cher). C’est cette accélération, préalablement calculée, qui nous guidera vers le cyclotron, le synchrocyclotron, le synchrotron, le Tevatron, …

La découverte de nouvelles particules va de paire avec la découverte d’un nouveau moyen de les accélérer (nouveau moyen évidemment plus performant). Il est donc logique qu’on les ait découvertes dans l’ordre croissant de leur masse. C’est précisément dans cet ordre qu’on va à notre tour les découvrir.